γ-辐照处理对谷物储藏及品质特性的影响研究进展

陈银基，陈 霞，蒋伟鑫，戴炳业，董 文

（1.南京财经大学粮食储运国家工程实验室，江苏南京210023；2.中国农村技术开发中心，北京100045）

γ-辐照处理对谷物储藏及品质特性的影响研究进展

陈银基1，陈 霞1，蒋伟鑫1，戴炳业2，董 文2

（1.南京财经大学粮食储运国家工程实验室，江苏南京210023；2.中国农村技术开发中心，北京100045）

辐照作为一种低能耗、安全、有效的加工方式在食品工业上得到广泛应用。辐照对储藏谷物的主要作用包括：适宜剂量的辐照可杀害储粮中的害虫，且不会影响谷物品质；控制谷物中常见的致病菌，产毒菌素的生长，降解致病霉菌；通过作用于淀粉颗粒，提高谷物的营养品质和食用品质；另外，辐照还可延缓谷物老化，劣变的过程，提高保鲜期，提高谷物成品的生产效率。本文综述了辐照对谷物食品品质和营养的影响，分析评价了食品辐照的优劣及国际机构对辐照食品的认可进程，并对消费者的接受度等辐照领域的相关问题提出建议。

谷物，γ-辐照，储藏，品质

谷物是全世界人和动物重要的食物来源[1]和健康保障[2]。我国是世界谷物生产大国，也是消费大国，做好谷物储藏工作关系国家安全和社会稳定。谷物安全储藏是世界性的难题，据联合国粮农组织的调查统计，全世界每年“从农场到餐桌”粮食的巨大损失和浪费，事实上是足够养活全世界8.7亿饥饿人口的4倍多[3]，而因谷物霉变及虫害等损失达谷物产量的8%[3]。目前谷物常见的储藏法包括常温储藏、低温储藏（自然和机械制冷）、气调（自然缺氧、充CO2、充N2、真空）储藏、化学储藏，这些方法在成本、应用性、安全性、环境友好性等方面各具优劣点。寻找一种节能、安全、有效的储藏方法是粮食储藏科技工作者的重要任务。食品辐照技术是人类利用核技术的放射性同位数60Co和137Cs衰变时所产生的能量对食品进行加工处理。在食品加工中，60Co-γ射线的应用比较广泛。相比于传统的储藏方法，谷物辐照储藏技术具有冷处理、低耗能、高效率、辐照均匀等典型特征[4-5]。本文重点论述γ-辐照处理对谷物储藏及品质特性的影响，即适宜剂量的辐照可杀害储粮害虫，且不会影响谷物品质；控制谷物中常见的致病菌，产毒菌素的生长，降解致病霉菌；提高谷物的营养品质和食用品质；另外，辐照还可延缓谷物老化，劣变的过程，提高保鲜期，提高谷物成品的生产效率。

1 γ-辐照对储粮害虫的作用

谷物在生产、储藏、销售过程中易受到害虫影响。稻谷中主要的储粮害虫有四种：赤拟谷盗、米象、小扁虫甲、锯谷盗。这些害虫通过直接偷食粮食、产生蛀屑、存留毒素等行为影响粮食品质[6]，而且，这些害虫会引起谷物的生理生化变化，造成不良的贮藏环境[7]。传统的化学熏蒸法虽然成本低、见效快、使用简单，但是化学成分会带来健康危害和环境污染等潜在问题。而γ-射线辐照能深入食物内部[8]，不会残留影响食品品质的化学物质。近年来，国内外不少研究者针对γ-射线辐照处理对谷物中储粮害虫的影响作了研究。Sirisoontaralak等[9]分别用0.2～2.0kGy的γ-射线处理糙米（KDML-105），研究表明，用小于0.5kGy的γ射线辐照KDML-105糙米，既不会引起风味的降低，也不会产生不良风味，而且能起到很好的驱虫害作用。Mikhaiel等[10]研究表明，谷螟幼体和谷盗成虫的死亡率随着辐照剂量（0.75、1.5、3.0kGy）的增加和辐照后时间延长而增加。El-Nag gar等[11]用γ-射线和微波处理共同作用下处理稻谷，研究表明，1.0kGy的γ-射线辐照辅以30s的微波处理，能使稻谷中杂拟谷盗，烟草甲，米螟，谷蠹等害虫在24h内全部死亡。Tandon等[12]研究发现，用0.5kGy的辐照剂量处理绣红色面粉甲虫的幼体和成虫，能比较快速地完全死亡。大米用1.0kGy的辐照剂量，可消灭象鼻虫和面象虫；0.4～1.0kGy照射能阻止所有的卵、幼虫和蛹发育为成虫；0.25kGy照射可让存活的昆虫不育；旋毛虫不育的剂量为0.12kGy，抑制其成熟的剂量为0.2～0.3kGy[13]。Lacroix等[14]的研究结果也表明小于1.0kGy就能消灭谷物害虫。国内研究者将辐照处理与谷物储藏中包装材料相结合进行了研究。孟丽芬等[13]研究表明，用0.4～0.8kGy的γ-射线辐照绿色麦类及面粉，能有效杀灭小包装中的粮食害虫，再用尼龙－聚乙烯复合膜真空材料袋包装，可使麦类及面粉在1年内不生虫，而且，0.4～0.8kGy不影响麦类及面粉的粗蛋白、粗脂肪、直链淀粉、氨基酸含量，对蒸煮品质和感官品质也没有显著影响，保持了麦类及面粉原有的色香味。严建明等[17]研究表明，γ-射线辐照小麦杀虫的最低有效剂量为0.4kGy，同时以尼龙－聚乙烯复合膜包装袋储存小麦，可使麦类及面粉在1年内不生虫、不发霉。

总的来说，用低剂量γ-射线辐照处理就能消灭储粮害虫，从而延长储藏期。低剂量γ-射线辐照处理对谷物的蒸煮品质，食用品质不会带来消极影响，甚至还会提高这些品质。但是目前的研究，很少将对谷物灭虫和对品质作用的研究相结合，由于辐照在谷物储藏中主要是杀虫作用，所以在今后研究中，有必要将两者研究相结合。

2 γ-辐照对谷物类食品微生物的作用研究

辐照处理的有效性取决于诸多因素，包括：食物本身的成分、微生物的种类和数量是否改变等[17]。微生物中的致病菌与食品安全息息相关。谷物在收获后，加工过程、销售过程、储藏过程中随时可能受到微生物的影响[18]。食品在食用前如果没有进行充分的加热处理[19]，一些微生物特别是真菌及其产生的毒素会危害人体健康，而一定程度的加热处理不仅对真菌毒素没有脱毒作用，还会破坏某些营养成分。研究表明，用适宜剂量的γ-辐照谷物能有效减少微生物的生长，且不会破坏食品营养成分[20]。谷物在储藏过程中，由于外在环境及自身环境的影响，易受致病菌、产毒素菌、霉变菌的影响，造成食用品质下降，甚至带来致病，致命的后果。

2.1 γ-辐照对谷物中常见致病菌的影响

大米的储藏特性除了受温度、湿度等外界因素的影响，自身的微生物活动也很活跃。Chung等[21]进行了γ-射线对稻谷中存在的一些致病病原体的灭活作用的研究，结果发现当辐照剂量达到1kGy，稻谷中的沙门氏菌属、埃希氏菌属和葡萄球菌就可以得到有效的控制，而到3kGy时就可以将这些致病菌全部灭活。Aziz等[22]同时以大麦、小麦、玉米、高粱四种谷物为研究对象，用5、10、15kGy的60Co-γ射线辐照处理，研究辐照对致病微生物的影响，结果表明：低于10kGy的剂量，可以有效地杀灭致病菌（如需氧菌、真菌、需氧芽孢菌等），且不会影响营养价值，但是，在超过10kGy的辐照剂量后，硫胺素和核黄素含量会显著降低。

2.2 γ-辐照对谷物中产毒素菌的影响

黄曲霉毒素B1是大米中主要的致病微生物。朱佳庭等[23]采用60Co-γ射线辐照稻米，研究辐照对稻米中黄曲霉毒素B1的降解效果。研究表明，稻米中黄曲霉毒素B1的降解率亦随着辐照剂量的增加而增加，4kGy的辐照剂量下，降解率达42%，6kGy时降解率达84%，当辐照剂量增至10kGy时，降解率达到98%，此后降解率的增加随着辐照剂量的增加趋势变缓。所以，γ-射线辐照对黄曲霉毒素B1具有良好的降解效果。此外，不同剂量的γ-射线辐照对黄曲霉毒素B2、伏马菌素B1、赤霉烯酮、赭曲霉毒素A等真菌毒素都有不同的降解效果[24]。

2.3 γ-辐照对谷物中致霉变菌的影响

小麦在储藏中也易受霉变发生的影响。引起小麦发生霉变的主要有链格孢霉、镰刀菌素、曲霉属真菌、青霉菌和根霉。其中曲霉属真菌包括：白曲霉、黑曲霉、黄曲霉、灰绿曲霉。Wang等[25]研究表明，用不同剂量的60Co-γ射线辐照小麦，在储藏6、12个月后，小麦的根霉和曲霉属真菌的含量随着辐照剂量的增加而减少，对其他4种霉的降解速率没显著影响。

3 γ-辐照对谷物食用品质和营养品质的影响

食物的感官品质和营养品质是人们在选择食物时密切关注的。γ-辐照处理谷物后蒸煮成熟时间变短[26]，比起只蒸煮的单一处理过程，γ-辐照节省了能量，而且减少了维生素和其他营养素在食物热加工过程中的损失。

3.1 γ-辐照对谷物蒸煮特性的影响

大米中含有75%左右的淀粉，大米品质在很大程度上与淀粉品质有关。淀粉包括直链淀粉和支链淀粉，不同品种大米中的淀粉组分不同，因而也决定了大米糊化性质、蒸煮品质、及感官品质等加工性能上的差异[27-28]。传统的大米储藏方法，由于储藏期间蛋白质网络间二硫键的作用会促使大米淀粉糊化粘度降低[29]。γ-射线辐照对大米淀粉也有类似影响，表现为：一方面，γ-辐照会影响这些淀粉类食品的物理质构和流变学特征；另一方面，γ-辐照能快速产生变性淀粉[30]，因为γ-辐照的瞬时高能量能破坏化学键，使聚合链降解成小的糊精片段，淀粉分子变成颗粒更小、更致密的结构；此外，γ-辐照还能将被包埋于淀粉颗粒内部的支链淀粉暴露或释放出来[31]，或者将少量支链淀粉的部分较长支链解链为直链淀粉[32]。上述这些作用会影响大米中表观直链淀粉的含量，进而使淀粉的糊化粘度有变化，即膨胀力的减少、淀粉糊粘度的降低[33]，最终导致大米感官品质和蒸煮品质的变化。

Kong等[34]研究结果表明，随着辐照剂量从0～10kGy的增加，谷物中苋属科植物淀粉的糊化粘度和流变学特征会持续降低，不同辐照剂量下淀粉的热力学特征和结晶度有差异，不同品种的苋属科植物淀粉在同一剂量辐照后产生的弹性凝胶的数量，也有明显差异。Sung[35]以糯米为实验对象，以0.5～2.0kGy的γ-射线辐照处理糯米，在储藏6个月后，糯米的糊化粘度会降低，而糯米团的硬度降低程度较小。Wu[32]用Indic、Japonica、Hybrid等三种米辐照实验，结果表明：随着辐照剂量的增加，大米的糊化峰值粘度、回升值、热糊化粘度、冷却糊化粘度都在降低。γ-射线辐照降低了表观直链淀粉（Apparent Amylose Content，AAC）含量较低的大米品种及糯米中的直链淀粉含量，但是对高AAC含量品种大米无影响。糊化峰值的保持时间随着剂量的增加而减少，但对糊化温度无明显影响[32]。

3.2 γ-辐照对谷物营养品质的影响

辛烯基琥珀酸淀粉（Octenylsuccinylated starch，OS），是大米淀粉的一种，由于它含有大量可被缓慢消化的淀粉，而且它的糊精能取代食物中的脂肪从而减少热量的摄入[36]，因而对人体健康有益，被广泛用于食品工业中。研究表明，10kGy的γ-射线辐照能降低OS的乳化特性并提高其稳定性[37]。

多酚类成分与大米抗氧化功能有关[38]，抗氧化功能性质是评价食品功能性的重要指标。经常摄入含多酚类丰富的物质，可以减少慢性疾病的发生率。低剂量和中剂量的γ-辐照能提高粮食总多酚含量和加强种子的抗氧化力[39]。大米中本身含有p-香豆素酸，阿魏酸，芥子酸胆碱等多种酚酸和黄酮类（花青素）成分[40]，这些多酚成分存在于表皮层[41]。Zhu等[42]以3种大米（黑米、红米和白米）作为研究对象，用不同剂量的γ-辐照（0～10kGy）处理，结果表明：以6～10kGy的剂量处理，可使在储藏过程中酚酸和花色素等抗氧化多酚类成分的损失达到最小。另外，大米辐照后，其中的胡萝卜素含量高于未辐照的大米[43]。Shao等[44]也以3种大米（黑米、红米和白米）作为原料，用不同剂量的γ-辐照（0-10kGy）处理，结果表明：γ-辐照能显著提高结合类多酚物质的含量，而对游离多酚和总多酚物质含量的影响较小；对红米的游离多酚的抗氧化能力无明显影响，高剂量γ-辐照能提高其他两种米的游离多酚，结合多酚和总多酚的抗氧化能力。所以，γ-辐照可以用来提高糙米的营养价值（抗氧化能力）。

Yu等的研究表明[45]，用1.0～3.0kGy的的γ-辐照处理，是有效提高谷物干物质特性和营养品质的方法；而且，辐照能提高小麦的感官品质，改变营养素的物理化学特征，提高蛋白质和磷脂质利用率。

Gralik等的研究表明[46]，大于0.5kGy的γ-射线辐照能使小麦白蛋白对人类唾液中ɑ-直链淀粉的抗淀粉分解力增强；大于1.0kGy的辐照能增加小麦中还原糖含量；0.05、0.1、1.0kGy的辐照能增强非胰蛋白酶的活性，而达到10kGy会产生抑制作用；γ-射线辐照对小麦的蛋白酶抑制剂的活性有显著影响。

Ivan等[47]以发芽和未发芽高粱作为研究对象，用10kGy的γ-射线辐照，再用25kGy的辐照剂量进行二次辐照。结果表明，二次辐照能完全消灭微生物。发芽高粱面粉辐照后，α-淀粉、β-淀粉活性分别降低22%、32%。辐照未发芽高粱面粉能使在发酵过程中葡萄糖和麦芽糖的利用率分别提高53%和100%。对微生物生长、pH、乳酸的产生速度和最终乳酸的浓度没有显著影响。未发芽高粱面粉用10kGy的辐照处理，能产生干物质密度含量高（200g/L）的面粉，用它制成断奶粥，营养丰富。所以，在食品工业中，采用发芽或者未发芽高粱作为辐照对象，根据的是不同的产品需求。

从这些研究表明，中剂量的γ-射线处理谷物比较适宜。但是，辐照处理后某一营养成分的提高，不同谷物是不同的；在食品工业中，不同对象的最适辐照剂量也不同，所以，为满足生产需要（即提高某些营养成分含量），最适合的辐照剂量有待进一步研究。

3.3 γ-辐照对谷物食用品质的影响

由于谷物中含有大量淀粉，食用品质其实是反映蒸煮性质的。以大米发酵产品豆花饭为研究对象进行辐照实验，1kGy的γ-射线辐照能降低淀粉糊化粘度，嫩化豆花饭的质构，改善食用口感，提高豆花饭的稳定性和质量[48]。王俊等[49]研究了将晚粳稻先采用60Co-γ射线辐照预处理，后进行热风干燥，研究发现，随着辐照预处理剂量的增加，干燥过程中，稻谷的失水速率提高，稻谷的表面温度也相应提高。对辐照预处理后的稻谷干制品的品质检测发现，辐照预处理提高了稻米的食用品质，且效果比干燥后再进行辐照的工艺更有效。于勇等[50]采用60Co-γ射线辐照预处理晚粳稻，然后进行热风干燥，对干燥后的稻谷干制品的品质检测，也有类似发现。庞林江等[51]在此基础又研究0.6kGy60Co-γ射线辐照单季粳稻对稻谷低温干燥失水特性及品质特征的影响。结果表明，0.6kGy剂量辐照能缩短干燥时间，提高稻谷的失水速率，对稻谷加工品质和营养品质没有显著影响，能一定程度上弥补热风低温干燥对稻米品质带来的负面影响，改善稻米的食用品质。Macarthur等[52]研究了γ-射线辐照对小麦的流变学性质和烘焙性质的影响，结果表明：随着辐照剂量的增加，烘焙后峰粘度和衰减值都在降低，而小麦直链淀粉品质保持不变，这表明ɑ-直链淀粉酶性质没有改变；随着辐照剂量的增加，样品吸水作用增加，面团形成时间减少，面团稳定性降低。在储藏六个月后，辐照过的小麦粉的烘焙质量有轻微改变，湿面筋和蛋白质溶解性质没有明显变化。Rao[53]用γ-射线辐照处理小麦，研究制成成品面包后的流变学性质和烘焙性质，从而确定这些性质的变化与组分相关性，研究表明，随着辐照剂量的增加，淀粉粘附力峰值和生面团稳定性降低。

3.4 γ-辐照对谷物其他品质的影响

谷物最重要的是蒸煮和食用品质，而其他品质的变化，与储藏、生产等过程息息相关。在食品工业中，不能忽视对这些品质的研究。研究表明，γ-辐照能降低稻谷的解吸附和吸附过程中的平衡含水率[54]，这种影响随着剂量的增加逐渐增大，含水率的降低使稻谷品质变化减缓；另一方面，稻谷在储藏中游离脂较结合脂更不稳定，所以游离脂与糙米储藏中品质变化密切相关[55]，Sirisoontaralak等[9]用不同剂量（0.2～2.0kGy）的γ-辐照处理KDML-105糙米，结果表明，与未辐照组相比，0.2、0.5、1.0kGy的辐照都能显著降低糙米游离脂肪酸含量，延缓糙米的氧化和劣变过程。

用0.1～1.0kGy的辐照剂量能降低植株生长高度，提高植物活力；另外由于γ-辐照对小麦生理学上的作用，使谷物颗粒数量增加，伴随着产量的增加[22]。许金芳等[56]对糯玉米辐照保鲜技术研究，结果表明，糯玉米辐照后可明显降低微生物数量，并抑制其繁殖能力，辐照结合低温贮藏可延长保鲜期。经60Co-γ射线辐照的糯玉米，在低温贮藏条件下的样品保鲜效果明显优于对照，其中，1.0kGy剂量处理效果最佳，能使保鲜期延长15d。

生产啤酒的主要原料是大麦。如果能提高大麦生产效率，必将带来更大的经济效益。朱圣陶等[57]用1～9kGy的60Co-γ射线辐照剂量处理大麦，研究表明：1～5kGy的60Co-γ射线辐照用于生产啤酒的大麦，辐照后大麦的发芽率、叶芽长度、千粒重、蛋白质含量、淀粉含量、水分含量、麦芽的感观质量、水敏性、浸出物含量、糖化时间等各项指标都符合啤酒大麦的要求，并可达到优化啤酒大麦发芽状态的效果，提高啤酒的产量。而大于5kGy的剂量处理，会使大麦感官指标低于对照组。因此，5kGy可作为啤酒大麦辐照的最高剂量，最佳剂量为1～3kGy。

有关γ-辐照对谷物品质的作用，仍有很多未发现的领域，需要进一步的研究。

4 结论与展望

随着科学技术的进步，需要找到节能、有效的食品加工方式。研究证明，60Co-γ射线辐照基于其本身的特点，有着很多其他加工方式不可比拟的特点。对谷物进行辐照，合适的剂量能有效地消灭害虫，抑制微生物的生长，提高感官品质和营养品质。从近年来研究者针对不同领域的研究结果来看，低剂量、中剂量的辐照处理可以达到预期效果，提高谷物品质。当然，辐照技术也是一把双刃剑[58]，在给公众带来利益的同时，也显现出不少弊端，如水果辐照后，由于大量自由基的产生，导致营养品质下降和食品异味的产生[59]。辐照技术使谷物保鲜期延长，改善谷物食品感官特性，但其涉及的安全性问题也倍受关注。FAO、IAEA、WHO在1999年对食品辐照源能量要求上作了明确规定[60]；研究人员通过动物实验及人体实验，没有观察到由于辐照引起组织突变及有关性状的改变，因而辐照食品不会有卫生学和毒理学问题[61-63]；2001年，CDC（US Center for Disease Control，美国疾病控制中心）的研究表明：如果将一半可能带来危险的食品进行辐照，则由于食源性疾病引起的案例将每年减少900万例，死亡人数减少352人[64-65]。受食源性病菌、辐照食品安全的宣传等影响，消费者对辐照食品正逐渐认可[66]。据调查，2003年消费者对辐照食品的接受度是69%，而1993年仅有29%[67]。在食品辐照研究领域，还存在一些实际的问题，要做的地方还很多，如：辐照对食品成分的改变较热加工等其他处理方式小，但是不同食品的最佳剂量有待研究，对每种食品的最佳剂量应该有成文的规定；辐照后在食品中的残余量对人体健康是否有影响，需要用一些病理学实验进行实践证明。而如何提高消费者对辐照食品的接受度是最艰巨的一项任务，是需要几代人的共同努力。

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Reasearch progress in gamma-irradiation research on storage and quality of cereals

CHEN Yin-ji1，CHEN Xia1，JIANG Wei-xin1，DAI Bing-ye2，DONG Wen2
（1.National Engineering Laboratory of Nanjing University of Finances and Economics of Grain Storage and Transportation，Nanjing 210023，China；2.China Rural Technology Development Center，Beijing 100045，China）

Food irradiation was a low-energy，safety and effective way of storing and processing foods，which was widely used in food industry.There are lots of advantages of irradiation in stored grain：appropriate dose of radiation could kill pests in stored grain，and does not affect the grain quality.Controlling the growing of some common pathogenic bacteria and toadstool，degrading the disease-causing mold.By acting on starch particles，irradiation could improve the nutritional quality and eating quality of grain.In addition，irradiation could delay the ageing of the grain，and the deterioration process，improving the shelf time and increasing the productivity of the grain.This paper combined the effect of irradiation in the field of food quality and nutrition，evaluated the advantages and disadvantages of food irradiation and the recognition process of irradiated foods among international institutions.In the end，some advices about the acceptance of the consumer and other related issues were gived in the field of irradiation.

grain；γ-irradiation；storage；quality

TS205.9

A

1002-0306（2014）04-0358-06

2013－08－14

陈银基（1979-），男，博士，副教授，研究方向：粮食储运加工。

粮食公益性行业科研专项（201313010）；江苏省自然科学基金项目（BKJB550010）。